CN114213870A - 高吸尽率液体分散染料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种高吸尽率液体分散染料及其制备方法和应用。高吸尽率液体分散染料，分散染料化合物的粒径D50为50nm‑400nm，D90为200nm‑800nm；分布系数PDI≤0.4。高吸尽率液体分散染料的制备方法：将分散染料化合物、助剂和水混合，然后依次进行打浆粗磨、第一研磨和第二研磨，过滤得到高吸尽率液体分散染料。高吸尽率液体分散染料的应用，用于涤纶及其混纺纤维或织物上的浸染、轧染或印花。本申请提供的高吸尽率液体分散染料，吸尽率高，染色后残液中几乎无分散染料残留，可直接用于再次染色，实现了水资源循环利用的同时，水中因高温所携带热能资源也可部分循环利用，达到更高效益的节能减排效果。

Description

高吸尽率液体分散染料及其制备方法和应用
技术领域
本申请涉及染料领域，尤其涉及一种高吸尽率液体分散染料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，越来越多的研究者以及企业开始着手开发研究液体分散染料，其与粉状染料相比具有诸多优点，例如：良好的应用性能、使用时计量准确且方便、分散性好、助剂含量少、可有效降低后处理时的泳移程度。与粉状染料相比，液体染料无需喷雾干燥，染料商品化成本低；还能够从源头上降低印染废水和废渣排放，环保性强。
目前市售传统液体分散染料其染料研磨粒径较大(通常为1-20μm之间)，染色时因染料进入纤维无定形区的染料上染率低(一般在90％左右)，强度低，生产及运输成本高，能耗大，导致分散染料颗粒分布不均匀，存在色光强度的稳定性较差，存储时间短易分层等诸多问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种高吸尽率液体分散染料及其制备方法和应用，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种高吸尽率液体分散染料，所述高吸尽率液体分散染料中的分散染料化合物的粒径D50为50nm-400nm，D90为200nm-800nm；
分布系数PDI≤0.4。
优选地，D50为50nm-300nm，D90为200nm-500nm；分布系数PDI≤0.3。
优选地，所述分散染料化合物包括分散红167、分散红73、分散红153、分散红376、分散红145、分散红356、分散橙30、分散橙288、分散橙44、分散橙61、分散黄54、分散黄246、分散黄211、分散黄114、分散蓝79、分散蓝56、分散蓝60、分散蓝54、分散蓝354、分散蓝183:1、分散蓝291:1、分散蓝291、分散紫93、分散紫93:1、分散紫26和分散紫33中的一种或多种。
优选地，所述高吸尽率液体分散染料的上染率为99％-100％。
本申请还提供一种所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，包括：
将所述分散染料化合物、助剂和水混合，然后依次进行打浆粗磨、第一研磨和第二研磨，过滤得到所述高吸尽率液体分散染料。
优选地，所述打浆粗磨的终点为：体系物料粒径为50-200μm；
优选地，所述打浆粗磨使用的设备包括立式高速剪切分散釜、卧式分散研磨机或立式釜底剪切分散釜中的任一种。
优选地，所述第一研磨的终点为：体系物料粒径为20-50μm；
优选地，所述第一研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.6mm-2mm。
优选地，所述第二研磨的终点为：体系物料粒径为100-400nm；
优选地，所述第二研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.1mm-0.6mm。
优选地，所述第一研磨和所述第二研磨使用的设备包括立式砂磨系统、卧式棒销砂磨系统、卧式涡轮增压砂磨系统、高压匀质研磨系统或篮式砂磨系统中的任一种；
优选地，所述过滤使用的设备包括袋式微孔过滤器、高分子微滤膜过滤器、陶瓷膜过滤器或不锈钢过滤器中的任一种。
本申请还提供一种所述的高吸尽率液体分散染料的应用，用于涤纶及其混纺纤维或织物上的浸染、轧染或印花；
优选地，所述印花包括滚筒印花、平网印花、圆网印花、转移印花或数码喷墨印花中的任一种。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的高吸尽率液体分散染料，分散染料化合物的粒径D50为50nm-400nm，D90为200nm-800nm；分布系数PDI≤0.4，通过对分散染料粒径范围以及分布的控制，极大地提高了液体分散染料在染色或印花过程中的吸尽率，吸尽率可达99％以上，染料利用率极高，染色后残液近乎澄清且可直接循环用于染色工序中而不影响色光和强度；同时由于染料颗粒的均匀分布，相比较粉状分散染料具有极佳的匀染性和移染性。
本申请提供的高吸尽率液体分散染料的制备方法，通过对分散染料进行三级研磨，达到控制染料颗粒的动态稳定分布，从而避免出现反粗现象，最终获得的液体分散染料在染色过程中染料吸尽率接近100％，实现染色后残液澄清，并可直接循环利用于染色过程中，极大提高节能减排的效果。同时由于染料颗粒的均匀分布，相比较粉状分散染料具有更佳的匀染性和移染性。
本申请提供的高吸尽率液体分散染料，可广泛用于涤纶及其混纺纤维或织物上的浸染、轧染或印花。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为实施例1所得液体分散染料的连续5次循环染色试验照片；
图2为实施例2所得液体分散染料的连续5次循环染色试验照片；
图3为实施例3所得液体分散染料的连续5次循环染色试验照片；
图4为实施例8所得液体分散染料的连续5次循环染色试验照片；
图5为对比例2所得液体分散染料的连续5次循环染色试验照片；
图6为实施例7得到的液体分散染料粒径测试曲线。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK(K为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种高吸尽率液体分散染料，所述高吸尽率液体分散染料中的分散染料化合物的粒径D50为50nm-400nm，D90为200nm-800nm；
分布系数PDI≤0.4。
事实上，分散染料上染涤纶的过程是在温度达到涤纶的玻璃化温度后，分散染料颗粒逐渐进入纤维的非结晶区并以范德华力氢键等与涤纶分子结合，整个上染过程无化学键结合，广义上可认为是一种物理上染过程，这就意味着，分散染料颗粒的大小直接影响染料上染速率，以及最终的上染率或固色率。理论上染料粒径越小，越易进入涤纶的非结晶区，并最终在高温下以分子形式与涤纶纤维分子结合。另一方面染料粒径的分布状态也与其息息相关，可以理解，粒径分布范围越大则意味着染色不均匀，易造成染色色花色点等问题。本申请通过实验发现，染料粒径大小及分布与染料吸尽率之间具有相关性；分散染料颗粒粒径越大，分布系数PDI越大，染料上染率越低，匀染性越差。进而得出液体分散染料的粒径及分布的最佳范围，以达到染料的超高吸尽率的目的。
可选的，所述高吸尽率液体分散染料中的分散染料化合物的粒径D50可以为50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm或者50nm-400nm之间的任一值，D90可以为200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm或者200nm-800nm之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，D50为50nm-300nm，D90为200nm-500nm；分布系数PDI≤0.3。
在一个可选的实施方式中，所述分散染料化合物包括分散红167、分散红73、分散红153、分散红376、分散红145、分散红356、分散橙30、分散橙288、分散橙44、分散橙61、分散黄54、分散黄246、分散黄211、分散黄114、分散蓝79、分散蓝56、分散蓝60、分散蓝54、分散蓝354、分散蓝183:1、分散蓝291:1、分散蓝291、分散紫93、分散紫93:1、分散紫26和分散紫33中的一种或多种。
在一个可选的实施方式中，所述高吸尽率液体分散染料的上染率为99％-100％。
本申请还提供一种所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，包括：
将所述分散染料化合物、助剂和水混合，然后依次进行打浆粗磨、第一研磨和第二研磨，过滤得到所述高吸尽率液体分散染料。
在一个可选的实施方式中，所述打浆粗磨的终点为：体系物料粒径为50-200μm；
可选的，到达所述打浆粗磨的终点时，体系物料的粒径可以为50μm、100μm、150μm、200μm或者50-200μm之间的任一值；
在一个可选的实施方式中，所述打浆粗磨使用的设备包括立式高速剪切分散釜、卧式分散研磨机或立式釜底剪切分散釜中的任一种。
在一个可选的实施方式中，所述第一研磨的终点为：体系物料粒径为20-50μm；
可选的，到达所述第一研磨的终点时，体系物料的粒径可以为20μm、30μm、40μm、50μm或者20-50μm之间的任一值；
在一个可选的实施方式中，所述第一研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.6mm-2mm。
可选的，所述第一研磨使用的氧化锆的粒径可以为0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm或者0.6mm-2mm之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述第二研磨的终点为：体系物料粒径为100-400nm；
在一个可选的实施方式中，所述第二研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.1mm-0.6mm。
可选的，到达所述第二研磨的终点时，体系物料的粒径可以为100nm、200nm、300nm、400nm或者100-400nm之间的任一值；所述第二研磨使用的氧化锆的粒径可以为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm或者0.1mm-0.6mm之间的任一值。
在每一级研磨过程中对阶段研磨指标严格控制，并且在特殊研磨助剂的辅助下，极大提高研磨效率，同时有助于防止出现反粗现象。
在一个可选的实施方式中，所述第一研磨和所述第二研磨使用的设备包括立式砂磨系统、卧式棒销砂磨系统、卧式涡轮增压砂磨系统、高压匀质研磨系统或篮式砂磨系统中的任一种；
在一个可选的实施方式中，所述过滤使用的设备包括袋式微孔过滤器、高分子微滤膜过滤器、陶瓷膜过滤器或不锈钢过滤器中的任一种。
本申请还提供一种所述的高吸尽率液体分散染料的应用，用于涤纶及其混纺纤维或织物上的浸染、轧染或印花；
在一个可选的实施方式中，所述印花包括滚筒印花、平网印花、圆网印花、转移印花或数码喷墨印花中的任一种。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
将370g CI分散黄114滤饼、70g染料分散剂LTDA4(自制液体分散染料专用研磨助剂，以质量百分比计算包括聚氧化乙烯改性聚苯乙烯30-50％，异戊烯基聚氧乙烯醚10-30％，丁醚2-8％，余量为水；其中聚氧化乙烯改性聚苯乙烯：(PPVPEO600)购自西安齐岳生物科技有限公司)，560g水投入分散釜内进行打浆粗磨，搅拌分散1h后将所得的物料过滤后倒入卧式棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为1.2mm，研磨1h后，测得粒径D50＝650nm，然后将所得的物料过滤倒入二级棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为0.3mm，研磨1h后，测得粒径D50＝168nm，检测各项指标。最后过滤得到高吸尽率液体分散染料。
实施例2-8
按照实施例1的制备方法，制备实施例2-8的高吸尽率液体分散染料。其对应染料组分及其研磨条件如表1所示：
表1实施例1-8方案
Figure BDA0003436482720000081
Figure BDA0003436482720000091
Figure BDA0003436482720000101
对比例1
将370g CI分散黄114滤饼、70g染料分散剂LTDA4(自制液体分散染料专用研磨助剂)，560g水投入分散釜内进行打浆粗磨，搅拌分散0.5h后将所得的物料过滤后倒入卧式棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为0.6mm，研磨3h后，测得粒径D50＝368.80nm，检测各项指标。最后过滤得到液体分散染料。
对比例2
将145gCI分散蓝291:1，170gCI分散橙288，以及105gCI分散紫93滤饼、80g分散剂MF，20木质素85A，10太古油，695g水投入分散釜内进行打浆粗磨，搅拌分散1h后将所得的物料过滤后倒入卧式棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为0.3-0.5mm，研磨4h后，测得粒径D50＝586.97nm，检测各项指标。最后过滤得到液体分散样品染料。
对比例3
将145gCI分散蓝291:1，170gCI分散橙288，以及105gCI分散紫93滤饼、80g分散剂MF，20木质素85A，10太古油，695g水投入分散釜内进行打浆粗磨，搅拌分散1h后将所得的物料过滤后倒入卧式棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为1.0mm，研磨1h后，测得粒径D50＝850.78nm，然后将所得的物料过滤倒入二级棒销砂磨机，其研磨氧化锆珠粒径为0.3mm，研磨1h后，测得粒径D50＝427.46nm，检测各项指标。最后过滤得到液体分散染料样品。
对比例4
市售常规粉体分散黑ECT300％。
对实施例和对比例所得染料进行粒径检测和染色性能测试，结果如下表2所示。
染色工艺为：染色材料为纯涤针织10g，浴比1:10，HAc用量0.5mL/L，室温时以3℃/min升温至85℃，然后以2℃/min升温至115℃，最后以1℃/min升温至130℃保温45min。染色结束后收集染色残液，并拍照记录，然后将收集到得80％得上次染色残液，再补充20％清水，继续以同样得工艺条件进行循环染色，其中HAc补加用量0.1mL/L。每次循环染色后收集该次染色残液并拍照记录，同时测试记录每次染色后残液pH值。
1)粒径及其分布测试方法：
采用辽宁丹东百特BeNano 90Zeta纳米粒度电位仪，对液体分散染料样品进行粒径的测试，并读取D50，D90以及PDI数值。
2)染料吸尽率得测试：
所谓染色后的染料吸尽率，即染料经过上染过程后，原本分散在水中的分散染料颗粒逐渐被吸附乃至固着在纤维上的概率，吸尽率越大，说明染料上染的越多，残留在水中的染料越少，用以下公式可以表示为：
Figure BDA0003436482720000111
本实验参照以下测试步骤进行测试：
首先将染色前所配置的染液准确称取0.25g，用水稀释至250mL(1000倍)容量瓶定容，然后准确移取上述稀释液10mL用酒精稀释至100mL容量瓶定容，然后采用紫外分光光度计(UV)对上述稀释液样品的吸光度进行测试，并记录最大吸收波长的值W1，三次实验取平均值。
同理将染色后残液准确移取取10mL直接用酒精稀释至100mL容量瓶定容。然后采用紫外分光光度计(UV)对上述稀释液样品的吸光度进行测试，并记录最大吸收波长的值W2，三次实验取平均值。
然后带入上述公式计算得到染料吸尽率。
3)染色后残液色度：
将收集好的染色残液样品，直接采用意大利哈纳牌HI96727型铂钴色度测定仪进行测试。
表2测试结果
Figure BDA0003436482720000121
Figure BDA0003436482720000131
实施例1-3、实施例8以及对比例2所得液体分散染料的连续5次循环染色试验分别如图1、图2、图3、图4、图5所示。实施例7得到的液体分散染料粒径测试结果如图6所示。
将实施例8与对比例2所得液体分散染料的连续5次循环染色结束后所得织物依次进行色差的测试。结果如下表3所示：
表3色差及pH
Figure BDA0003436482720000132
从实施例1-8可以看出，其所得液体分散染料的粒径分布均较小，且分布范围较窄，因此其吸尽率均在99％以上，升至接近100％。染色残液也几乎澄清透明。另一方面，仔细分析实施例1-8以及对比1-3的粒径分布和染料吸尽率之间的关系可以看出，粒径越小，分布范围越窄，其染料吸尽率越高。这正是因为染料粒径越小，越易进入涤纶的非结晶区，并最终在高温下以分子形式与涤纶纤维分子结合。另一方面粒径分布范围越小则意味着匀染性更佳。
将实施例1与对比例1，或对比例2与对比例3分别进行分析可以看出，染料在经过打浆后依次经过多级研磨手段，不但可以加快研磨时间，同时还可以有效获得更低的染料粒径，以及更小的分布系数。这是因为对于染料颗粒物的研磨，关键在于其研磨介质需要合理控制，不同粒径大小的研磨介质可以快速高效地研磨相应颗粒大小的物料，一旦研磨粒径达到研磨介质的研磨极限后，想要继续磨得更细则需要更换相应大小的研磨介质。本发明针对需要的目标粒径，将研磨分为三个阶段。有效实现了在较短的时间内获得更高的研磨效率。
从实施例1-8和对比例2-4的染色残液色度，以及循环染色效果可以看出，正因为所得的液体分散染料的高吸尽率，染色残液中几乎无残留染料，这样直接将所得澄清的染色残液直接进行循环染色，可以实现染色织物的色光色差的稳定，且降低染色用冰醋酸的用量80％左右。同时，若能放大应用，染色残液所携带的温度热能也能大大减少染厂蒸汽的消耗，实现节能减排资源循环利用的目的。
本申请通过实验发现，染料粒径大小及分布与染料吸尽率之间具有相关性；分散染料颗粒粒径越大，分布系数PDI越大，染料上染率越低，匀染性越差。进而得出液体分散染料的粒径及分布的最佳范围，以达到染料的超高吸尽率的目的。由于分散染料高吸尽率，染色后残液中残留分散染料几乎没有，并且染色残液干净清澈，则可直接用于再次染色，实现了水资源循环利用的同时，水中因高温所携带热能资源也可部分循环利用，达到更高效益的节能减排效果。如何高效快速得到所需粒径及分布的高吸尽率液体分散染料，逐级研磨是关键。本申请通过三级研磨手段以及各阶段研磨的粒径及分布的控制，高效地获得目标产品，且产品收率高(常规打浆分散后直接一步研磨到位所需时间更长，且过滤后易残留更多物料)、研磨过程不易堵塞。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种高吸尽率液体分散染料，其特征在于，所述高吸尽率液体分散染料中的分散染料化合物的粒径D50为50nm-400nm，D90为200nm-800nm；
分布系数PDI≤0.4。
2.根据权利要求1所述的高吸尽率液体分散染料，其特征在于，其粒径D50为50nm-300nm，D90为200nm-500nm；分布系数PDI≤0.3。
3.根据权利要求1所述的高吸尽率液体分散染料，其特征在于，所述分散染料化合物包括分散红167、分散红73、分散红153、分散红376、分散红145、分散红356、分散橙30、分散橙288、分散橙44、分散橙61、分散黄54、分散黄246、分散黄211、分散黄114、分散蓝79、分散蓝56、分散蓝60、分散蓝54、分散蓝354、分散蓝183:1、分散蓝291:1、分散蓝291、分散紫93、分散紫93:1、分散紫26和分散紫33中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高吸尽率液体分散染料，其特征在于，所述高吸尽率液体分散染料的上染率为99％-100％。
5.一种权利要求1-4任一项所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，其特征在于，包括：
将所述分散染料化合物、助剂和水混合，然后依次进行打浆粗磨、第一研磨和第二研磨，过滤得到所述高吸尽率液体分散染料。
6.根据权利要求5所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，其特征在于，所述打浆粗磨的终点为：体系物料粒径为50-200μm；
优选地，所述打浆粗磨使用的设备包括立式高速剪切分散釜、卧式分散研磨机或立式釜底剪切分散釜中的任一种。
7.根据权利要求5所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，其特征在于，所述第一研磨的终点为：体系物料粒径为20-50μm；
优选地，所述第一研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.6mm-2mm。
8.根据权利要求5所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，其特征在于，所述第二研磨的终点为：体系物料粒径为100-400nm；
优选地，所述第二研磨使用的研磨料为氧化锆，粒径为0.1mm-0.6mm。
9.根据权利要求5-8任一项所述的高吸尽率液体分散染料的制备方法，其特征在于，所述第一研磨和所述第二研磨使用的设备包括立式砂磨系统、卧式棒销砂磨系统、卧式涡轮增压砂磨系统、高压匀质研磨系统或篮式砂磨系统中的任一种；
优选地，所述过滤使用的设备包括袋式微孔过滤器、高分子微滤膜过滤器、陶瓷膜过滤器或不锈钢过滤器中的任一种。
10.一种权利要求1-4任一项所述的高吸尽率液体分散染料的应用，其特征在于，用于涤纶及其混纺纤维或织物上的浸染、轧染或印花；
优选地，所述印花包括滚筒印花、平网印花、圆网印花、转移印花或数码喷墨印花中的任一种。
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